Урок №37. Оксид фосфора (V). Фосфорная кислота и её соли. Фосфорные удобрения

Оксид фосфора (V) – фосфорный ангидрид

Физические свойства: 

Оксид фосфора (V) Р2О5 — белый гигроскопичный порошок (поглощает воду), следует хранить в плотно закрытых сосудах.

Получение: 

Получается при горении фосфора в избытке воздуха или кислорода

4P + 5O2 =t, °C= 2P2O5

Применение:

Оксид фосфора (V) очень энергично соединяется с водой, а также отнимает воду от других соединений. Применяется как осушитель газов и жидкостей.

Химические свойства: 

Оксид фосфора (V) – это кислотный оксид, взаимодействует, подобно другим кислотным оксидам с водой, основными оксидами и основаниями.

Фосфорный ангидрид особым образом взаимодействует с водой, взаимодействуя с водой при обычных условиях (без нагревания), образует в первую очередь метафосфорную кислоту НРО3:

P2O5 + H2O =холод= HPO3

при нагревании образуется ортофосфорная кислота H3PO4:

P2O5 + 3H2O =t, °C= 2H3PO4 

Эксперимент: Взаимодействие оксида фосфора (V) с водой

Растворение оксида фосфора (V) в воде

При нагревании H3PO4 можно получить пирофосфорную кислоту H4P2O7:

2H3PO4 =t, °C= H2O + H4P2O7 

Получение:

1) Взаимодействие оксида фосфора (V) с водой при нагревании:

P2O5 + 3H2O =t, °C= 2H3PO4 

2) Взаимодействие природной соли – ортофосфата кальция с серной кислотой при нагревании:

Сa3(PO4)2 + 3H2SO4 =t, °C= 3CaSO4 + 2H3PO4 

3) При взаимодействии фосфора с концентрированной азотной кислотой

3P + 5HNO3+ 2H2O = 3H3PO4+ 5NO

Химические свойства:

Свойства, общие с другими кислотами

1. Водный раствор кислоты изменяет окраску индикаторов на красный:

Ортофосфорная кислота диссоциирует ступенчато:

H3PO4 ↔ H+ + H2PO4-(дигидроортофосфат-ион)

H2PO4- ↔ H+ + HPO42- (гидроортофосфат-ион)

HPO42- ↔ H+ + PO43- (ортофосфат-ион)

2. Взаимодействует с металлами в ряду активности до (Н2):

металл+ H3PO4=соль+Н2↑

3. Взаимодействует с основными оксидами:

оксид металла + H3PO4 = соль + Н2О

4. Взаимодействует с основаниями Ме(ОН)n:

основание + H3PO4 = соль + Н2О

если кислота в избытке, то образуется кислая соль:

H3PO4(изб) + NaOH = NaH2PO4 + H2O или

H3PO4(изб) + 2NaOH = Na2HPO4 + 2H2O

5. Реагирует с аммиаком (по донорно-акцепторному механизму), если в избытке кислота, образуются кислые соли:

H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4

H3PO4 + 2NH3 = (NH4)2HPO4

H3PO4 + 3NH3 = (NH4)3PO4

6. Реагирует с солями слабых кислот:

2H3PO4+3Na2CO3 = 2Na3PO4 + 3H2O + 3CO2↑

Специфические свойства

1. При нагревании ортофосфорная кислота постепенно превращается в метафосфорную кислоту:

2H3PO4 =t, °C=H2O + H4P2O7

H4P2O7 =t, °C= H2O + 2HPO3

2.  Качественная реакция на фосфат-ионы

Качественная реакция на фосфат-ионы

Качественная реакция на фосфат-ион

Отличительной реакцией ортофосфорной кислоты от других фосфорных кислот является реакция с нитратом серебра — образуется жёлтый осадок:

Н3РО4 + 3AgNO3 = Ag3PO4↓+ 3HNO3

3. Играет большую роль в жизнедеятельности животных и растений.

Её остатки входят в состав АТФ. При разложении АТФ выделяется большое количество энергии, что очень важно для живых организмов.

Применение:

В основном для производства минеральных удобрений.

А также, используется при пайке, для очищения от ржавчины металлических поверхностей. Также применяется в составе фреонов, в промышленных морозильных установках как связующее вещество. Ортофосфорная кислота зарегистрирована в качестве пищевой добавки E338. Применяется как регулятор кислотности в газированных напитках.

Фосфорные удобрения

Фосфор – элемент важнейшего органического соединения для любого организма аденозинтрифосфорной кислоты – АТФ. Эта кислота служит аккумулятором энергии в живой клетке. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот – ДНК и РНК, а без них невозможно хранение и воспроизведение генетической информации, содержащейся в клетке. Фосфор принимает активное участие в восстановлении и и распаде углеводов, оказывая большое влияние на рост растения, его цветение и плодоношение.

Растения усваивают фосфор из почвы главным образом в виде фосфат – иона (РО43-). Как известно, фосфорная кислота образует три типа солей: орто-, гидро- и дигидрофосфаты. Для усвоения растением удобрение должно быть растворимо в воде, из средних фосфатов растворимы только соли щелочных металлов, гидрофосфаты растворимы лучше, зато дигидрофосфаты растворимы все без исключения.

Однако, и нерастворимая фосфоритная мука Са3(РО4)2 и труднорастворимый преципитат СаНРО4 прекрасно усваиваются некоторыми культурами (люпин, горох, горчица, гречиха…). Дело в том, что корневые волоски этих растений выделяют органические кислоты, растворяющие неподатливые в воде соли.

Одно из первых фосфорных удобрений – это простой суперфосфат CaSO4. Ca(H2PO4)2. Массовая доля оксида фосфора в нем не превышает 20% (это немного), кроме того, большую часть этого удобрения составляет балласт – сульфат кальция. Однако, пользоваться им будут еще долго, из-за легкости его получения:

Са3(РО4)2 + 2Н2SO4 = 2CaSO4 + Ca(H2PO4)2

В другом фосфорном удобрении – двойном суперфосфате Са(Н2РО4)∙Н2О - в отличие от простого нет балласта – неусваиваемого растениями гипса. Производство этого удобрения связано с применением фосфорной кислоты вместо серной, сырьем может служить как фосфорит (ортофосфат кальция), так и известняк (карбонат кальция):

Са3(РО4)2 + 4Н3РО4+ 3Н2О = 3Са(Н2РО4)2∙Н2О

СаСО3 + 2Н3РО4 = Са(Н2РО4)2∙Н2О + СО2

На основе фосфорной кислоты также можно получить еще одно фосфорное удобрение – преципитат СаНРО4, содержащий 27–42 % фосфорного ангидрида:

2Н3РО4 + Са(ОН)2 = Са(Н2РО4)2 + 2Н2О

Са(Н2РО4)2+ Са(ОН)2 = 2СаНРО4 + 2Н2О

А если заменить в этих удобрениях довольно безразличный для растений кальций на ион аммония? Нейтрализацией фосфорной кислоты газообразным аммиаком получают высокоэффективные удобрения - аммофосы:

NH3 + H3PO4 = NH4H2PO4

или

2NH3 + H3PO4 = (NH4)2HPO4

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

№1. Составьте уравнения реакций оксида фосфора (V) с

1. Na2O

2. NaOH

3. H2O при нагревании

4. H2O без нагревания

Для 2 реакции запишите полное и краткое ионное уравнение.

№2. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций ортофосфорной кислоты с:

1. калием

2. оксидом калия

3. гидроксидом калия

4. сульфитом калия

№3. Осуществите превращения по схеме:

Сa3(PO4)2 → P → PH3 → P2O5 → H3PO4 → Ca3(PO4)2

Назовите вещества

№4. Вычислите (в %), какое из фосфорных удобрений: двойной суперфосфат или преципитат богаче фосфором?

№5. Тренажёр  Тестовые задания по теме: "Азот и фосфор, их соединения"

№6. Практическая работа "Определение минеральных удобрений"